Pirometalurgia Aspectos Ambientales

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INGENIERIA AMBIENTAL EN MINERIA

INGENIERIA AMBIENTAL EN

MINERIA

Pirometalurgia

2015-2


CONTAMINACION EN PROCESOS PIROMETALURGICOS

PLANTAS PIROMETALURGICAS EN LA ACTIVIDAD MINERA EN CHILE

Fundiciones de concentrados de cobre

Tostacin de concentrado de cobre (Ministro Hales)

Produccin de pellets de Fe (Huasco)

Siderrgica primaria (Huachipato)

Produccin de H2SO4 a partir de azufre

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FUNDICIONES DE CONCENTRADOS DE COBRE

Chile posee 7 plantas de fundicin distribuidas entre la 2 y 6 reginque procesan aproximadamente 4.5 millones de toneladas deconcentrado al ao.

Las etapas principales de estos procesos son.

Secado del concentradoFusin del concentradoConversin del eje y/o metal blancoRefinacin del cobreTratamiento pirometalrgico de la escoriaProduccin de cido sulfrico



FUNDICIONES DE CONCENTRADOS DE COBRE

El nuevo escenario ambiental oblig a las fundiciones nacionales acomprometerse con la autoridad en la aplicacin de los Planes dedescontaminacin para el abatimiento del SO2 a travs de la instalacinde plantas de cido.

Este nuevo escenario, permiti el disponer en la industria nacional decido sulfrico a bajo costo permitiendo por ejemplo, un mayor impulsoen el desarrollo de la hidrometalurgia en las ltimas dos dcadas.

Lo anterior, es un buen ejemplo como un elemento histricamentecontaminante es abatido y transformado en un producto con valoragregado.

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Composicin qumica de concentrados de cobre (% en peso)

Concentrado 1 Concentrado 2 Conc. 4Conc 3

Cadmio


FUNDICIN DE CONCENTRADO DE COBRE

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Emisiones etapa de secado de concentrado:

MP, SO2

Emisiones dependen del tipo de tecnologa:

- Secador rotatorio directo: mayor posibilidad de combustionar S y evaporar especies voltiles.

- Secador rotatorio indirecto: menor volumen de gases, menor riesgo combustionar azufre (aire precalentado, llama indirecta, vapor).

- Lecho fluidizado: mayor volumen de gases



Emisiones etapa de secado de concentrado:

Lecho fluidizado

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Emisiones etapa de Fusin (depende de la tecnologa) Conversin y Limpieza de Escorias:

MP, SO2As

SO2As

MP, As, CO

-Transporte slidos genera contaminacin MP

-Emisiones fugitivas contaminacin, SO2, As: desde boca de los CPS, CT, horno de limpieza de escorias, desde canaletas y ollas de transporte de fases fundidas

-Alternativa para las escorias: Recuperacin de cobre por FLOTACION

Escorias


Refino y moldeo:

En los Hornos de Refinacin donde se oxida el azufre residual del blstery se usan quemadores, se generan gases que presentan bajo contenidode SO2, presencia de carbn incombusto y algunos voltiles residuales,gases que son directamente evacuados a travs de chimeneas.

MP, humos negros, SO2

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Planta de cido sulfrico:

Gases de fundicin

Lavado de gases

RIL de limpieza de gases: As, metales pesados, H2SO4

SO2, SO3

Gases de cola

Noma:

800 ppm (fundiciones en operacin)

200 ppm (nuevas operaciones)

Tecnologa: plantas de cido de contacto simple y de doble contacto (mejora la eficiencia de conversin del S a H2SO4)


Ref.: Evaluacin de costos para escenarios regulatorios para una norma de emisiones de fundiciones de cobre. Coprim, para Ministerio del medio ambiente.

Fundicin con Horno fusin CT

CPS

GASES DE COLAPTA ACIDO

BOCA CT

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Fundicin con Horno fusin CT

BOCA H. LIMPIEZA ESCORIA

BOCA CT



Con Horno Flash

GASES DE COLAPTA ACIDO

CPS

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Con Horno Flash

BOCA H. LIMPIEZA ESCORIA

H. REFINO

SANGRIA/TRANSP. ESCORIA

Reactor CT

Concentrado100% As

Escoria7.2%

CPS

Escoria0.24%

Cobre blister3.31%

Polvos2.26%

Camara polvos

Lavador gases

PPE

Polvos 350C1.9%

85.1%

Acido dbil a neutralizacin

(As)

SO2 a planta de cido

Polvos 250C


Distribucin del As en una fundicin con reactor CT (Mendoza y Luraschi, Copper 95)

87%

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Distribucin del As en una fundicin con reactor Flash (Mendoza y Luraschi, Copper 95)

48%

30,5%


Proceso tostacin de concentrado (Ministro Hales)

Tostacin en lecho fluidizado en atmsfera controlada para eliminar elarsnico como As2S3 gas y combustionar el azufre lbil como SO2. A lasalida del horno se introduce aire para transformar el sulfuro de As entrixido de As. La calcina que se produce contiene >30% Cu y entre 20a 22% S.

El reactor de lecho fluidizado es bien hermtico y dispone de un sistemade limpieza de gases que asegura una alta captura de azufre (>98%) yAs (>99%).

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Conc. DMH + 3-5% arenade silke

Alim.rotativo

Reactortostacinlechofluido

Ciclones(276)

Agua decontrol detemperatura

Aire

Camarapostcomb.

Enfr.evap.

Agua

Precipitadorelectrosttico

Aire

Vent. controlde tiraje

Lav.gases

Agua

Solucin de PE hmedo

Solucin arsenicala Ecometales

EnfriadorpolvosAire caliente

Gases aP.E. hmedode plantade cido

Columna atrapa

gotas y enfriamiento

Polvos arsenicalesa Ecometales

Buznpolvo

Aire

Aire

Aire

Buzncalcinas

AireAire

Aire precalentadode planta cido

Sopl. gas

Calcina a mezcladoy fusin flash

Enfriadorcalcinas


Nueva norma exige 95% captura de azufre y emisiones mximas por ao, adems, de concentraciones.

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Tecnologas para disminuir emisiones:


Tecnologas para disminuir Material Particulado

a) Ciclones

Son ampliamente utilizados para capturar cenizas y polvos. Se basan enla accin de la fuerza centrfuga sobre la partcula. Estn formados por uncuerpo principal cilndrico-cnico, donde los gases son alimentadostangencialmente. Al interior del equipo se forman dos vrtices: unoperifrico (descendente) y otro central (ascendente). Las partculas mspesadas son lanzadas hacia las paredes, depositndose en la parteinferior del cono. El resto del gas forma un vrtice central, que circulahacia arriba y sale por la parte superior del cilindro.

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b) Filtros: son ampliamente utilizados a escala industrial. El gas se hacecircular a travs de la unidad filtrante, donde los slidos quedan retenidos.Los filtros deben ser limpiados peridicamente, ya que una vez que secolmatan, la prdida de carga puede ser 10 veces mayor que la del filtrolimpio. Los sistemas de limpieza incluyen: Sistemas mecnicos porvibracin, uso de aire en contracorriente y choques de aire comprimido.

Generalmente, los filtros se disean en mdulos separados, de modo quealgunos mantengan su operacin, mientras otros se someten a limpieza.

Como medio filtrante, se utilizan filtros de fibras naturales (lana, algodn) yfibras sintticas (polister, polipropileno, poliamida, PVC, fibra de vidrio). Losfactores que determinan su seleccin son: costos, permeabilidad al aire,resistencia mecnica, resistencia contra cidos y lcalis, hidrofobicidad yresistencia a altas temperaturas.



b) Filtros: Se puede lograr altas eficiencias de depuracin,llegando a remover el 100% de las partculas de 1 m. Adems, serecupera el producto seco y no se generan efluentes lquidos. Sinembargo, su uso est restringido por las altas temperaturas (hastaun mximo de 250C para la fibra de vidrio) y los peligros deexplosiones e incendios en el caso de polvos de altacombustibilidad. Existen filtros de fibra cermica que operan hasta1000C.

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c) Precipitacin electrosttica: Se basa en la accin de un campoelctrico sobre las partculas slidas cargadas elctricamente. Laspartculas son cargadas mediante una corriente de electrones quecircula entre los electrodos por efecto corona, gracias al alto voltajeexistente entre ellos (del orden de 60 kvolts DC). Las partculas sonatradas hacia electrodos colectores, donde se depositan y separandel resto de la corriente gaseosa. El gas fluye en direccin paralela alos electrodos.


Precipitador electrosttico

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d) Lavadores con lquido (scrubbers) Aqu se incluyen diversosequipos basados en la eliminacin del material particulado, mediante eluso de un lquido absorbente. Cualquier compuesto gaseoso que seasoluble en dicho lquido, tambin puede ser removido de la corrientegaseosa principal. Adems, no presentan limitaciones debido a lapresencia de compuestos combustibles y explosivos, y tienen mayortolerancia a variaciones de la temperatura del gas. Sin embargo, laprincipal desventaja se debe a la generacin de un residuo lquido quecontiene el contaminante removido del gas. En general, los costosglobales de tratamiento utilizando estos sistemas son altos cuando serequiere una alta eficiencia de depuracin.Los diferentes diseos varan de acuerdo a la forma como se efecta elcontacto entre la corriente gaseosa que contiene el material particuladoy el lquido lavador.



d) Lavadores con lquido (scrubbers)

-Torres de aspersin: El lquido se alimenta en la parte superior enforma de lluvia, el que entra en contacto en contracorriente con elgas que circula hacia arriba. Generalmente, gran parte del lquidose recircula. Mientras menor sea el tamao de las gotas delquidos, mayor es el rea de contacto, con una mayor eficienciade remocin de partculas slidas. Se puede removereficientemente partculas de pequeo tamao, en el rango 1-2 m.

- Lavadores ciclnicos: El gas se alimenta en forma tangencial, enforma similar a los ciclones secos. El agua de lavado se alimentaen forma de pequeas gotas desde la parte superior del equipo (odesde los lados hacia el centro). De este modo, se combina elefecto de la fuerza centrfuga y el impacto entre el slido y ellquido.

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Tecnologas para la Remocin de Compuestos Gaseosos

Procesos Basados en Absorcin (scrubbers) Si el compuestogaseoso es soluble en un lquido, se puede absorber y retirarlo ensolucin lquida. El agua es el medio absorbente ms utilizado aescala industrial. En muchos casos, se agrega solutos al medioacuoso, tales como hidrxido de sodio o aminas, para incrementarla solubilidad del gas que se requiere absorber. Generalmente, seutiliza columnas de relleno para aumentar el rea de contactogas-lquido. El gas se hace circular en contracorriente con ellquido absorbente. Estos procesos son utilizados en la eliminacinde SO2, H2S y compuestos orgnicos voltiles.


ELECTROREFINACION

Los nodos de cobre producidos en la fundicin son refinadoselectrolticamente para producir ctodos de cobre de +99.99%.

En este proceso se genera:

ERAnodos de cobre

Ctodos de cobre

Barros andicos (metales nobles, Cu, As, Se, Te)

Electrolito de descarte (As, Sb, Bi, Cu, H2SO4)

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